DE4041109A1 - Optischer schalter - Google Patents
Optischer schalterInfo
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Schalter nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Der Modulator kann als Zweiarm-Interferometer, aber auch als Rich
tungskoppler zwischen zwei monomoden Fasern ausgebildet sein.
Grundlage für das bistabile Verhalten der bekannten Schalter ist
die Hysterese-Kurve, die sich aus der (G-u*)-Eingangs-Ausgangs-
Charakteristik ergibt, auf der als Funktion des Proportionalitäts
faktors stationäre Werte der Ausgangsintensitäten erreicht werden.
Für das Umschalten zwischen beiden stabilen Zuständen der Hyste
rese-Kurve ist jeweils die an den Elektroden anliegende Spannung
um einen bestimmten Betrag zu ändern.
Bei einem bekannten optischen 2x2-Koppler (IEEE Journal of Quantum
Electronics, Vol. QE-14, Nr. 8, August 1978, Seiten 577 bis 580)
erfolgt die Umschaltung durch eine Änderung des eingekoppelten
monomoden Lichtes, das neben den aufgeprägten Datenimpulsen mit
entsprechenden positiven oder negativen Adreßimpulsen versehen
ist, die in Länge und Amplitudendifferenz größer sind als die
Datenimpulse. Durch diese Adreßimpulse wird über einen Abzweig von
einem der beiden Ausgänge Licht auf eine Photodiode geleitet, die
über einen Tiefpaßfilter auf die Elektrode geschaltet ist. Die
dadurch herbeigeführte Änderung der an der Elektrode anliegenden
Spannung soll den Übergang in den anderen stabilen Zustand und
damit die Umschaltung zwischen den beiden Ausgängen bewirken.
Es ist dabei auch bekannt, für die Datenimpulse einerseits und die
Adreßimpulse andererseits Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen
zu verwenden. Bei Reihenschaltungen mit derartigen Schaltern be
steht die Schwierigkeit, die Schalter individuell zu adressieren.
Eine Adressierung ist weiter nicht möglich, wenn unmoduliertes
monomodes Licht zu leiten ist, wie es beispielsweise für die Ver
sorgung optischer Sensoren gefordert wird. In diesem Fall sind
elektrische Steuerleitungen für die Elektroden erforderlich, die
wie bekannt Einwirkungen durch magnetische Felder und dergleichen
unterliegen. Auch bei der oben erwähnten Pulssteuerung dürfte im
allgemeinen eine elektrische Versorgung der durch die Photodiode
gesteuerten Elektrode erforderlich sein.
Aufgabe der Erfindung ist eine Ausbildung eines Schalters, mit
dem es möglich ist, Netze in reiner Glasfasertechnik auszubilden
und in derartigen Netzen die Schalter individuell durch optische
Signale zu adressieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kenn
zeichnenden Teil des Hauptanspruches herausgestellten Merkmale.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht
und nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch einen optischen Schalter gemäß der
Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Netzanordnung mit parallel geschalteten
Schaltern.
Fig. 3 zeigt eine Netzanordnung mit in Reihe geschalteten
Schaltern.
Fig. 4 zeigt eine Prinzipschaltung der Stromversorgung und
Adressierung eines Schalters.
Fig. 5 zeigt drei verschiedene Ausführungsformen des Schalters
nach Fig. 1.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Schalter weist ein opti
sches Schaltelement 2 auf, das hier als Mach-Zehnder-Interfero
meter ausgebildet ist mit einem rückwärts betriebenen Verzweiger
3 bzw. 2·2-Koppler mit den beiden parallelen Armen 4, 6, einem
2·2-Koppler 8 und den beiden Ausgangsarmen 10, 12. Die beiden Aus
gangsarme 10, 12 und ein Eingang 14 sind jeweils an optische An
schlüsse 16, 18, 20 angeschlossen. Die Anschlüsse 16, 18 und 20
sind jeweils für den Anschluß monomoder Lichtleiter ausgebildet.
Mit einem Elektrodenpaar 22, das einem der Interferometerarme zu
geordnet ist, läßt sich der Durchlaß des Schalters wahlweise auf
einen der Ausgangsarme 10, 12 schalten. Schaltelemente dieser Art,
die auch als steuerbare 2·2-Koppler ausgebildet sein können, sind
bekannt.
Zur Speisung der Elektroden 22 und zum Umschalten des optischen
Schaltelementes 2 zwischen den Anschlüssen 16 und 18 sind dem
Interferometer eine elektrische Leistungsversorgung und Steuer
elektronik 24 mit Photodioden 26 für den Umschalter zugeordnet.
Zur Stromerzeugung mittels der Photodioden 26 ist ein optischer
Anschluß 28 vorgesehen, an den eine mit einer zentralen Sende
und Empfangsstation 29 (Fig. 2) mit darin integrierter optischer
Leistungsversorgung verbindbare multimode Faser anschließbar ist.
Vom Anschluß 28 führt ein Lichtleiter 30 das Licht auf die Photo
diode 26. Von der Zentralstation 29 werden auf dem multimoden
Lichtleiter die Adreßimpulse für die Schalter übertragen.
Die elektrische Leistungsversorgung 24 ist mit einem Puffer oder
Speicher für den von der Photodiode 26 gelieferten Strom versehen.
Die Photodiode 26 ist zweckmäßig als leistungsangepaßtes, flächen
optimiertes Diodenarray ausgebildet. Die elektrische Leistungs
versorgung stellt die Grundspannung und die Steuerspannung bereit,
die das Umschalten des Schalters zwischen dem durch die Grundspan
nung bestimmten ersten stabilen Zustand und dem durch die Steuer
spannung bestimmten zweiten stabilen Zustand und damit das Um
schalten des monomoden Eingangslichtes von dem Ausgang 16 auf den
Ausgang 18 bewirkt.
Das Zu- bzw. Abschalten der Steuerspannung erfolgt, wie in Fig. 4
schematisch dargestellt, über einen elektrischen Umschalter (Flip-
Flop 25), der über dem multimoden Licht aufgeprägte kodierte
Steuersignale schaltbar ist. Diese Steuersignale 23 können mittels
Modulation des Leistungslichtes, beispielsweise Pulsweitenmodula
tion, Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation oder dergleichen,
übertragen werden. Bei einer Pulsweitenmodulation können zur Se
lektierung des dem jeweiligen Schalter zugeordneten Codes Fenster
komparatoren 27, 27′ vorgesehen werden.
Wie ohne weiteres ersichtlich kann ein Schalter der genannten Art
mit seiner autonomen Stromversorgung in beliebigem Abstand von der
Zentralstation 29 angeordnet sein. Die Verbindung ist hierbei rein
optisch, also über Glasfasern, so daß diese Verbindung durch äuße
re Einwirkungen wie Magnetfelder, elektrische Impulse oder der
gleichen nicht beeinflußbar ist.
An einen Schalter der beschriebenen und in Fig. 5 als Ausführungs
form I dargestellten Art lassen sich zwei mit monomodem Licht be
aufschlagte Verbraucher über die Anschlüsse 16, 18 anschließen.
Verbraucher können Sensoren auf der Basis von Zweiarm-Interfero
metern vom Mach-Zehnder- oder Michelson-Typ sein.
Der Schalter kann dabei so ausgebildet sein, daß über ihn die Aus
gangssignale der Sensoren rückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist
eine in den Schalter integrierte oder dem Schalter zugeordnete
Signalrückführung 70 vorgesehen, in der wenigstens ein rückwärts
betriebener und als Additionsstelle wirksamer Verzweiger 72 aus
gebildet ist mit Eingangsanschlüssen 44, 46 und einem Ausgangsan
schluß 48. Ein zweiter rückwärts betriebener und als Additions
stelle wirksamer Verzweiger 50 kann parallel zu dem ersten Ver
zweiger vorgesehen sein und weist dann Eingangsanschlüsse 52, 54
und einen Ausgangsanschluß 56 auf.
Ein derartig ausgebildeter Schalter - Ausführung I - kann als ein
zelne Knotenstelle für zwei parallele Sensoren eingesetzt werden
oder aber auch als Knotenstelle X′′; Y′′ der niedrigsten Ebene eines
Glasfasernetzes mit einer Mehrzahl von Ebenen, wie in Fig. 2 und 3
dargestellt.
Der Eingang des Sensors A ist, wie in Fig. 1 angedeutet, mit dem
Ausgang 16 und der Eingang des Sensors B mit dem Ausgang 18 des
Schalters 2 verbunden. Den Sensoren wird polarisiertes monomodes
Licht zugeführt. Die beiden Ausgänge 58, 60 des Sensors A sind
einmal über den Anschluß 44 auf die Additionsstelle 72 und zum
anderen über den Anschluß 52 auf die Additionsstelle 50 geschal
tet, während die Ausgänge 62, 64 des Sensors B über die Anschlüsse
46 bzw. 54 auf die Additionsstellen 72 bzw. 50 geschaltet sind.
Über die Additionsstellen liegen damit an den Anschlüssen 48 bzw.
56 jeweils die Ausgangssignale des jeweils über den Schalter 2
eingeschalteten Sensors A bzw. B an.
Für Reihenschaltungen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, ist als
Knotenstelle der höheren Ebene X, X′ eine Ausführungsform II (Fig.5) des Schalters vorgesehen, bei der dem Anschluß 28 ein in Vor
wärtsrichtung arbeitender Verzweiger 32 nachgeschaltet ist, dessen
einer Zweig 30 zur Photodiode führt und dessen zweiter Zweig 34 an
einen Ausgangsanschluß 36 angeschlossen ist, der mit dem Eingangs
anschluß 28 eines nachgeschalteten Schalters dieser Ausführungs
form in einer nachfolgenden niedrigeren Ebene X verbunden ist, an
dem auch einer der beiden monomoden Ausgänge 16, 18 angeschlossen
ist, wodurch der zweite der beiden monomoden Ausgänge 18 mit dem
Verbraucher (Sensor n-x) verbunden ist.
Wenn dem Schalter in der nachfolgenden niedrigeren Ebene Y′, Y′′
zwei parallele Schalter nachzuschalten sind, wie in Fig. 2 darge
stellt, ist der Schalter in der Ausführungsform III (Fig. 5) zu
verwenden. Bei dieser Ausführungsform ist an die Leitung 34 ein
zweiter vorwärts betriebener Verzweiger 38 mit jeweils einem Aus
gangsanschluß 40, 42 angeschlossen. In einem solchen Fall sind
dann jeweils zwei Schalter parallel anschließbar, die jeweils mit
ihrem monomoden Anschluß 20 mit einem der Ausgänge 16, 18 des
Schalters 2 in der vorhergehenden höheren Ebene X zu verbinden
sind.
Claims (5)
1. Optischer Schalter mit einem in integrierter Optik ausgebil
deten Umschalter, der als elektrisch umschaltbarer Modulator
mit den Lichtleitern zugeordneten Elektroden ausgebildet ist
und einen Anschluß für eine monomode Eingangsfaser sowie zwei
monomode Ausgänge für je eine monomode Ausgangsfaser auf
weist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschalter (2) eine
elektrische Leistungsversorgung (24) mit Photodioden (26) als
Stromquelle zugeordnet ist, die über einen multimoden Licht
leiter (30) mit einem Eingangsanschluß (28) für eine multi
mode Faser (PI) verbunden ist, die mit einer Quelle (29) für
Leistungslicht und Adressierungssignale verbindbar ist, und
daß der elektrischen Leistungsversorgung (24) eine adressier
bare Steuerelektronik (25, 27) für den Umschalter zugeordnet
ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Eingang (28) für die multimode Faser an einen vorwärts be
triebenen Y-Verzweiger (32) angeschlossen ist, dessen einer
Zweig (30) auf die Photodioden (26) der elektrischen Lei
stungsversorung (24) und dessen anderer Zweig (34) auf einen
Ausgang (36) geschaltet ist.
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den
anderen Zweig (34) des vorwärts betriebenen Y-Verzweigers
(32) ein zweiter vorwärts betriebener Y-Verzweiger (38) ange
schlossen ist, dessen Zweige auf je einen Ausgang (40, 42)
geschaltet sind.
4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Leistungsversorgung (24) gepuffert ausgebildet
ist.
5. Schalter nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigstens ein rückwärts betriebener und
als Additionsstelle wirksamer Verzweiger (72; 50) vorgesehen
ist mit zwei Eingängen (44, 46; 52, 54) und einem Ausgang
(48; 56) für multimode Fasern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904041109 DE4041109C2 (de) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Optischer Schalter |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4041109A1 true DE4041109A1 (de) | 1992-07-02 |
DE4041109C2 DE4041109C2 (de) | 1994-04-14 |
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ID=6420976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19904041109 Expired - Fee Related DE4041109C2 (de) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Optischer Schalter |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4041109C2 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2901075A1 (de) * | 1978-01-13 | 1979-07-19 | Western Electric Co | Optischer schalter |
US4820009A (en) * | 1987-08-13 | 1989-04-11 | Trw Inc. | Electrooptical switch and modulator |
-
1990
- 1990-12-21 DE DE19904041109 patent/DE4041109C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2901075A1 (de) * | 1978-01-13 | 1979-07-19 | Western Electric Co | Optischer schalter |
US4820009A (en) * | 1987-08-13 | 1989-04-11 | Trw Inc. | Electrooptical switch and modulator |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-14, NO. 8, Aug. 78, S. 577-580 * |
J. Lightwave Technology, Vol. 6, no. 10, Oct. 88, S. 1512-1519 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4041109C2 (de) | 1994-04-14 |
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